微观察技术在棉纺织业的应用
- 发布时间：2008/6/11 9:40:57
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（一）微观光学仪及各项方法之发展
现今各类光学仪器,林林总总,配合不同需要及不同工艺,例如:
（1）扫瞄电子显微镜SEM（SCANNINGELECTRONMICROSCOPE）—由光学系统及扫瞄系统,信号检测系统和图像显示系统,记录系统等组成.电子束从电子枪射出后，经磁透镜聚焦，并受到两组扫描线圈的偏转作用，然后投射到试样上作光栅状扫描的细电子束，在显像管的荧光屏得到图像信息。其图像立体感强，试样厚度无限制。
（2）透射电子显微镜TEM（TRANSMISSIONELECTRONMICROSCOPE）—由电子枪,聚光镜等成像系统及图像和记录系统组成.
（3）扫瞄隧道显微镜STM（SCANNINGTUNNELLINGMICROSCOPE）及
（4）原子力显微镜AFM（ATOMICFORCEMICROSCOPE）
（5）偏振光显微镜（POLARIZEDMICROSCOPE）—能使光线产生偏振,并在偏振之下观察微细结构的显微镜.可测量纤维的双折射和取向度。
（二）纤维结构鉴别法：
（1）X射线和电子衍射法（X-ray&Electrondiffraction）—可利用X射线照射不同纤维时所得的衍射图像的差别来鉴别各类纤维.
（2）红外光谱法（Infre-red）—利用各种纤维的特征及化学基团，在红外线光谱中,具有的特征及吸收谱带来鉴别纤维.
（3）紫外光（Ultraviolet）,荧光（Fluorescence）—利用不同元素发射的荧光X射线的波长各有不同,再利用光谱分析.
（4）核磁共振法NMR（Nuclearmagneticresonance）—由自旋动量或角动量不为零的原子核，在恒定的外磁埸中，其核磁矩可取各种量子化的方位，在另一个给定频率的电磁波作用下，原子核的磁能级之间所发生的共振跃迁现象，可以分析分子内原子团或原子排列的顺序和化学键的性质。
（5）其它,如喇曼光谱法（Ramanspectrum）,表面分析法（Surfaceanalysis）等.加上各种电子显微术（Electronmicroscopy）等。
纤维亦可由物理性及化学性能推测纤维结构,其方法：
（a）有热分析法（Thermalanalysis）,动态和断裂力学法：是在过程控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一种技术，在化学纤维领域上，应用zui多的常用方法，例如，测试质量变化有热重法（TG）及逸出气分析（EGA），测试温度变化有差热分析（DTA），测试热含变化有示差扫描量热法（DSC），测试尺寸变化有热膨胀法，测试力学特性有热机械分析（TMA），及动态机械分析（DTMA），测试光学特性有热光学法。
（B）质谱分析法（Massspectrometry）：试样经离子化后，形成质谱的分析方法。
可以测定有机物分子量及结构方式，以及鉴定有机物及其结构，通过离子感光板取得强度不同的谱线，称为质谱图，根据质谱图可叛断物质的分子量和结构型式。
随着器材及方法之创新，使大家对各种纤维深入了解，微观察技术应用在纤维鉴别上外，更可利用了解纤维的各项特性结构，从而在后工序上作配合性改良，使能生产更之纱线及织物，从而对纺织业上作进一步之发展。
天然纤维以棉纤维为主，占整个纺织产业的比例很大，棉纺业之发展，除机械上，工艺上之改良，棉花之质量结构，直接影响着成纱之各项物理指标，现用之各项检测仪器，方法，及标准，祇能提供一些数据，大都是平均值，而纺厂按数据控制生产工艺，往往未能了解该批棉纤真正情况，各批棉纤之特性是否接近而配搭，引致成纱后问题出现。
（三）深入了解棉纤维：微结构法在天然棉纤维上之应用，不为广泛，只有在成熟度上利用显微镜法，主要观察其成熟度情况，而评定此批棉纤之成熟系数之其中一个指标。首先探讨棉纤之结构特征：
（a）宏观外型结构：一根天然棉纤维为一单细胞，从胚珠表皮细胞，经过约25-30天延伸期，进入约25-30天加厚期而成长。成熟的纤维,呈细长而略扁的管状，顶部zui高,中部次之而稍粗,基部zui低，横截面，中部zui大，基部次之,顶部zui小，纤维长度与宽度之比约为1000-3000，成熟的纤维，向外具有天然卷曲，呈螺旋形左及右扭曲，此为棉纤维之特征，成熟的棉纤维扭曲数约为39-65个/厘米，约每毫米反转向一次，未成熟或过度成熟纤维则较少。
（b）截面内层结构：棉纤维截面多为呈腰果型,其次圆形，耳朵形等，由许多同心层组成.徐初生表层外，主要分层外皮下之初生层，主要由果胶及纤维素纤维组成的网状结构，厚度很薄，约为0.2微米。其次为次生层，是棉纤维初生层内部淀积的一层胞壁，为棉纤维的主要部份，成熟棉纤维次生层厚度约为0.4-5微米，层中纤维素微原纤（microfibril），沿着纤维长度方向呈螺旋状排列，有左及右旋，螺旋倾斜方向约20-45度，就是棉纤维之主要形态特征—天然转曲。内部为中腔，是棉纤维生长停止后，次生胞壁下来的未被纤维素填满的内部空腔。棉纤维经过延伸期及加厚期，纤维素淀渍速度不一，形成明显疏密不同的层次，称为日轮，一般日轮层总共有25-40层，我们可通过铜氨液膨化处理的棉纤维截面，用显微镜观察。这三部份各层的结构与纤维的表面性能有着密切关系，并决定其主要物理机械性。
（四）棉纤之结构:特征所产生之物理性质对成纱之影响：
（1）天然转曲影响纱线中纤维间抱合力，因而影响成纱之强力，天然转曲多，成纱强力高，未成熟和过成熟原棉，天然转曲减少，成纱强力低。
（2）表皮层（初生表层）主要成份为果胶，棉腊，对纤维加工及储存性能影响大。
（3）天然纤维素的结晶形式，主要是纤维素I和纤维素II，棉纤维经碱丝光处理后，会由纤维素I转变成纤维素II，而且纤维结晶度会有所降低，光泽显著增加，棉纤维相对密度为1.54-1.56，线密度为1.1-2.2dtex，供丝光工艺作参考。
（4）纤维截面的各部份位置收缩应力都不同，腰果形细胞两边曲率zui大，结构较紧，中间顶部次之，两边内侧为过渡区，中间凹入处可及性zui大，易存积其它物质及色素，纤维中腔结构，对光泽等光学性质影响*，并使纤维轻而且保暖，对纤维染色性，卷缩性，手感等有密切关系。
（五）再简单了解棉纤维的化学成份：棉纤维的化学成份以纤维素为主，占93-95%，其余为纤维素伴生物，如：蜡质和脂肪约占0.3-1.0%，果胶质约1.0-1.5%，含氮物约1.0-1.5%，灰分约0.8-1.8%，其它约1.0-1.5%。元素成份为：碳44.4%，氢6.2%，氧49.4%。棉纤维的化学成份所产生之化学性质对成品之影响：
（1）棉纤维成份以纤维素为主，纤维素在长时间作用下，或经氧化剂处理，分子键产生断裂，纤维素被分解。
（2）日照亦使纤维素大分子破坏，尤以紫外线破坏力zui强，令纤维素聚合度下降，纤维强力降低及脆化。
（3）棉纤维所吸收之水份，在热至100度C时被蒸发，到160度C时纤维脱水，240度C时纤维被破坏至变黄，400-450度C时碳化。
（4）棉纤维吸水后膨化但不易溶解，截面积可扩大40-50%，长度增加1-2%。但在酸溶液或高温水作用下，聚合度下降，强力亦降低。
（5）棉纤维在常温下，对稀碱稳定，在18%烧碱处理时可产生丝光作用。
（6）棉纤维含水率大于9%，相对湿度在75%以上时，纤维素易被微生物分解，棉纤维易发霉。
现行业沿用测试棉纤维成熟度之方法：有
（1）中腔胞壁对比法，
（2）棉纤维成熟度试验法（偏光仪法），
（3）棉纤维成熟度试验法（显微镜法），
（4）棉纤维成熟度试验法（气流法）。
现将每种方法简单介绍，首先了解其中一些名词定义。
（a）成熟度比（maturityratio）：纤维胞壁的增厚度与选定的0.577标准增厚度之比。
（b）死纤维（deadfibres）：以无转曲，很少转曲，或几乎没有纤维胞壁的扁平管状到胞壁稍有发育，转曲较多等各种形态，纤维胞壁的厚度等于或小于纤维zui大宽度的五分一。
（c）正常纤维（normalfibres）：经18%氢氧化钠溶液膨胀后，中腔呈不连续或几乎没有任何中腔痕迹的棒状纤维，没有轮廓分明的转曲。
（d）薄壁纤维（thin-walledfibres）：经18%氢氧化钠溶液膨胀后，不能划为正常纤维或死纤维的纤维。
（e）纤维胞壁增厚度（degreeoffibrewallthickening）：纤维胞壁的实际横截面积对同样周长的圆面积之比。（f）成熟纤维百分率（percentmaturity）：在同一样品中，成熟纤维占纤维总根数的平均百分率。
（g）不成熟纤维（immaturefibres）：发育不良而胞壁薄的纤维，经18%氢氧化钠溶液膨胀后，呈螺旋状或扁平状态，纤维胞壁薄且呈透明的纤维，纤维胞壁的厚度，小于纤维zui大宽度的四分一。
（h）成熟纤维（maturefibres）：发育良好而胞壁的纤维，经18%氢氧化钠溶液膨胀后，呈无转曲的棒状纤维，纤维胞壁的厚度等于纤维zui大宽度的四分一。
（1）中腔胞壁对比法：首先按照棉纤维试验取样方法（如中国国家标准GB6097-85），制备的试验棉条中取出重约4-6mg的样品，用手扯法加以整理，使成一端齐整的小棉束，先用稀梳，后用密梳梳去短纤维，用手指捏住齐整的一端纤维，梳理另一端纤维，去掉棉束两旁纤维，留下中间部份180-220根纤维，将载玻片擦拭干净，放在黑绒板上，在载玻片边缘上粘贴一些胶水，左手捏住齐整的一端，右手以夹子从棉束另一端取数根纤维，均匀地排列在载玻片上，连逐排列至排完为止，待胶水干后，用挑针把纤维整理平直，并用胶水粘好纤维另一端，然后轻轻地在纤维上面放置载玻片，用400倍显微镜沿载玻片中部逐根观察，根据腔宽壁厚比值确定纤维成熟系数，并可参照标准图示的纤维形态，确定纤维成熟系。各种不同成熟度纤维分成18组，分别用不同成熟系数表示，*未成熟的棉纤维，成熟系数为0.00，zui成熟的棉纤维,成熟系数为5.00，从0.00—3.75间每隔0.25为一组,即：0.00，0.25，0.50，0.75，1.00，1.25，1.50，1.75，2.00，2.25，2.50，2.75，3.00，3.25，3.50，3.75，再加上4.00和5.00两组共18组。
成熟系数越大，棉纤维成熟度越高，一般成熟度在1.4—2.00范围内zui适中。腔宽壁厚比值与,成熟系数对照：0.00（成熟系数）=30-22（腔宽壁厚比值），0.25（成熟系数）=21-13（腔宽壁厚比值），0.50（成熟系数）=12-9（腔宽壁厚比值），0.75（成熟系数）=8-6（腔宽壁厚比值），1.00（成熟系数）=5（腔宽壁厚比值），1.25（成熟系数）=4（腔宽壁厚比值），1.50（成熟系数）=3（腔宽壁厚比值），1.75（成熟系数）=2.5（腔宽壁厚比值），2.00（成熟系数）=2（腔宽壁厚比值），2.25（成熟系数）=1.5（腔宽壁厚比值），2.50（成熟系数）=1（腔宽壁厚比值），2.75（成熟系数）=0.75（腔宽壁厚比值），3.00（成熟系数）=8-6（腔宽壁厚比值），3.25（成熟系数）=0.5（腔宽壁厚比值），3.50（成熟系数）=0.33（腔宽壁厚比值），3.75（成熟系数）=0.2（腔宽壁厚比值），4.00（成熟系数）=0（腔宽壁厚比值），5.00为不可察觉。
一般观察一个视野来决定每根纤维的成熟系数，如形态特殊的纤维，可扩大观察范围，或进一步用测微尺测量几个转曲的腔宽壁厚比例来决定，估计或测量腔宽壁厚时，应在纤维转曲中部宽度zui宽处测定，若两壁厚薄不同，可取其平均数，没有转曲的纤维亦须在观察范围内zui宽处测定。每根试验棉条试验两个试验试样，每个观测180-220根纤维，两个试验试样试验结果的差值应符合精密度的测定，试验结果以平均成熟系数计算。
（2）棉纤维成熟度测试方法（显微镜法）：此方法是利用显微镜测试经氢氧化钠膨胀后，棉纤维成熟度的试验方法。适用于未经化学处理的棉纤维，棉卷，棉条以及纱线中取出的棉纤维。首先以国家标准GB6097棉纤维试验取样方法取样，原理是利用棉纤维经18%氢氧化钠溶液膨胀后，成熟好的纤维胞壁厚而中腔宽度小，纤维呈捧状，成熟差的纤维胞壁薄而中腔宽度大，纤维呈扁平带状，因此，可根据棉纤维中腔宽度，胞壁厚度的比值和纤维形态来测定棉纤维成熟度。
仪器，工具和试剂：
（1）倍数为400倍的显微镜.
（2）载玻片，盖玻片，玻璃捧，绒板，钳子，50mm纤维尺，稀梳，挑针，胶水等。
（3）用于纤维分类计数的计数器。